Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Техника
Размещена 13.11.2017. Последняя правка: 12.11.2017.

Проблема использования двигателя постоянного тока на борту самолета

Косаринов Сергей Александрович

Уфимский государственный авиационный технический университет

студент

Научный руководитель: Хасанов Зимфир Махмутович, доктор технических наук, Уфимский государственный авиационный технический университет


Аннотация:
Рассмотрена проблема использования двигателя постоянного тока с его недостатками и предложена альтернатива в виде двигателя переменного тока.


Abstract:
The problem of using a DC motor with its disadvantages is considered, and an alternative is proposed in the form of an AC motor.


Ключевые слова:
двигатель постоянного тока; электропривод; асинхронный двигатель; характеристики двигателей.

Keywords:
DC motor; electric drive; squirrel-cage induction motor.


УДК 621.3-1/-8

Введение. В настоящее время на борту летательного аппарата используют двигатель постоянного тока: в частности для изменения положения закрылок. Многие инженеры пытаются найти альтернативу данному виду двигателя. В данной статье будет предложен пример замены машины постоянного тока на машину переменного.

Актуальность. Данная проблема является актуальной и останется таковой, так как уменьшение массы и габаритов основной электроники ,а следовательно возможность дополнительной загрузки снаряжения, топлива и т.д.  при практически неизменных характеристиках для авиации будет важным направлением для изучения.

Цель работы. Показать возможность использования и замены двигателя постоянного тока на асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Задачи.

  1. Показать недостатки и преимущества двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя.
  2. На основе используемой литературы продемонстрировать возможность замены машины постоянного тока на машину переменного.

Материалы и методы. Работа была проведена на основании изучения различных научных статей, учебников и пособий.

Научная новизна данной статьи заключается в предложении варианта  использования двигателя с уменьшением затрат на его производство.

Основная часть.

В разнообразных областях современной техники все большую роль играют автоматизированные и регулируемые электроприводы (ЭП), основу которых составляют разнообразные электрические двигатели (ЭД) постоянного и переменного тока.

Требования, предъявляемые к ЭД, входящим в состав современных АЭП, сводятся, в основном, к следующему:

1.      Хорошие пусковые и регулировочные характеристики.

2.      Отсутствие необходимости в обслуживании.

3.      Высокие удельные показатели, оцениваемые по развиваемому длительному моменту, отнесенному к массе двигателя .

Использование двигателей постоянного тока (ДПТ) на борту самолета имеет широкое применение, но не смотря на все плюсы (легкость управления; практически линейные механические и регулировочные характеристики; простота регулирования частоты вращения и обладание хорошими пусковыми свойствами), минусы все же, играют не последнюю роль. Такой недостаток, как малая надежность, а именно ограниченный срок службы  из-за износа коллектора и следовательно необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щеточных узлов делает их использование на борту самолета весьма проблемными. Конечно, эти недостатки на современном этапе развития  ДПТ почти не ощутимы (например, вентильный двигатель), но в данной статье будет рассмотрен вариант его замены на асинхронный двигатель (АД) переменного тока.[2]

Двигатель переменного тока во многом выигрывает, по сравнению с ДПТ. Такие параметры как простота и надежность характеризуют данный тип двигателей с наилучшей стороны (удовлетворяет второе требование).  Благодаря этим параметрам АД нуждается в минимальном обслуживании, а при использовании без перегрузок-не нуждается вообще (замена подшипников и обмотки, но это присуще всем двигателям), имеют более низкую цену (по сравнению с ДПТ), и вдобавок-высокую степень защиты. Так же сборка данного типа двигателя намного легче, по сравнению с ДПТ.

Серьезным недостатком машины переменного тока над машиной постоянного является неблагоприятный вид регулировочных характеристик, благоприятных с точки зрения регулирования частоты вращения и условий пуска.

Двигатели переменного тока не обладают видом механических и регулировочных характеристик, благоприятным с точки зрения регулирования частоты вращения и условий пуска. В этом они существенно уступают двигателям постоянного тока.

В качестве машины, с показателями максимально приближенными к необходимым, можно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Это простая, малая по габаритам и  не требующая обслуживания машина. Хоть регулировать частоту вращения в асинхронных двигателях и сложнее, по сравнению с двигателями постоянного тока, но с развитием полупроводниковой электроники, были созданы недорогие и малогабаритные  преобразователи частоты, с помощью которых удалось регулировать скорость вращения вала. В итоге,  механическая характеристика асинхронного двигателя почти аналогична характеристике машины постоянного тока (рисунок 1, рисунок 2, рисунок 3).[2]

На рисунке 2 показано две кривые зависимости частоты от момента. Первая принадлежит варианту с маленьким активным сопротивлением ротора, а кривая два – большему сопротивлению.

Механическая характеристика асинхронного двигателя становится максимально приближенной к характеристике двигателя постоянного тока путем увеличения активного сопротивления обмотки якоря. Увеличение этого параметра приводит к возрастанию пускового момента и придает механической характеристике “падающий” вид. Увеличить этот параметр возможно, если применить материал с повышенным удельным электрическим сопротивлением, либо произвести какие-либо нестандартные конструктивные мероприятия.

В итоге пусковые свойства улучшаются, но возрастают потери в роторе, и ухудшается тепловое состояние.

Так же возможен вариант регулирования скорости АД с помощью изменения частоты вместе с напряжением, так называемое частотное регулирование. В таком случае, как показано на рисунке 3, регулировочная характеристика линейна. Но есть недостаток: в месте малых скоростей (на рисунке показан пунктирной линией) зависимость не линейна. Устранить этот недостаток можно путем ввода дополнительных датчиков обратной связи и процессоров в системе управления. Это введение усложняет конструкцию. Возможно введение “трансвектора”.

Механическая и регулировочная характеристики ДПТ

 Рисунок 1-Механическая и регулировочная характеристики ДПТ

Механическая характеристика АД

Рисунок 2 – Механические характеристики АД

Регулировочная характеристика АД

Рисунок 3 – Регулировочная характеристика АД

 

Таким образом, замена двигателя постоянного тока на асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором теоретически возможно, но будет ли это экономически и технически выгодно, требует дополнительного расчета.

Библиографический список:

1. Электродвигатель постоянного тока.[Электронный ресурс] // URL:https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/32555 (Дата обращения: 12.11.17)
2. Основы электропривода // URL:http://mirznanii.com/a/321652/osnovy-elektroprivoda (Дата обращения: 12.11.17)




Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх